地铁站端头井施工技术

1、地铁站端头井施工技术M8线翔殷路车站大型端头井施工技术摘 要 翔殷路地铁站为地下一层单跨结构， 因受周围环境条件影响， 使北端头井结构尺 寸特大（ 平面尺寸为 65m72.4m），而施工工期紧，无法使用钢筋混凝土支撑，只能采 用609 钢支撑，这又给施工带来很大难度。文章就北端头井的施工作一介绍，供广大 施工技术人员参考。关键词 基坑围护 井点降水 注浆加固 支撑体系 四通接头一、工程概况上海市轨道交通 M8线工程翔殷路站位于中原路和翔殷路十字交叉道路下，横跨翔殷路 呈南北走向，其北端位于中原路上，南端位于营口路上。车站包括出入口、风井及设备用房，全长 174.9m，宽 1665m，主体结构为

2、地下一层单 跨结构，标准段结构净高 8.88m。隧道掘进采用了双圆盾构施工的新工艺， 而且双圆盾构从南端头井进洞后将在主体结构 内部穿过，直接到达北端头井。车站总平面布置见图 1。图 1 翔殷路车站平面布置图车站围护结构为 600mm厚地下连续墙，开挖深度达 14.2m，设 4 道 609钢支撑；车站 两端风井部分开挖深度为 10.8m，设 3 道 609钢支撑；主体结构底板厚 1.2m，侧墙厚 0.35 0.6m，顶板厚 0.8 1.2m。线路纵坡为由南向北 0.2%的下坡，车站顶板覆土厚度 为 1.5 4.0m。基坑保护等级为二级。北端头井特大 （ 平面尺寸为 65m72.4m）是本工程的

3、一大特点，为保证结构施工安全及 管线搬迁和道路翻交的需要，在北端头井内增设了型临时封堵墙 （墙 1和墙 2），把北 端头井分成北一段 （44.5m37.5m） 和北二段，从而方便了施工。二、现场地质条件根据业主提供的翔殷路站的详勘资料， 场地属长江三角洲入海口东南前缘的滨海平原地 貌类型，微地貌属吴淞江古河道沉积层， 主要由第四系上更新统和全新统滨海河口相、 滨海浅海相、河口沼泽相的粘性土及砂、粉性土组成，地层分布较稳定。由于吴淞 口左河道的切割， 场地内缺失层灰色淤泥质粉质粘土， 代之而分布的有厚度较大的 3 层砂质粉土。各土层的埋藏分布及土层特征见表 1 。表 1 地层特性表层号 土层名称

4、 层底标高， m 层厚，m 密实度 压缩性填土2.75 1.781.4 2.1 松散3 灰色砂质粉土 -9.02 -10.828.5 14 稍密中 灰色淤泥质粉土 -13.41 -14.803.2 5.6高1 灰色粉土 -20.82 -21.876.1 8.3高暗绿色草黄色粉质粘土-25.62 -27.034.2 5.4中 1褐黄色砂质粉土-31.97 -32.224.7 6.6中密中2灰色砂质粉土-36.82 -38.474.6 6.5密实中偏低 1青灰色粘土47.82 -47.9714.2 16.5高2 青灰色粉质粘土-58.02 -58.7710.2 10.8中 青灰色含粘性土粉砂 未揭

5、穿中密中偏低基坑开挖深度范围内，主要为 3 层砂质粉土，其结构较松散，具较强渗透性，且易震 动液化，在地下水渗流作用下易产生流砂、管涌现象；场地潜水主要在 3 层土中，实 测水位埋深 0.6 0.8m( 常年地下水位埋深可取 0.5m) ，潜水对混凝土无腐蚀性。 承压水 主要在层砂质粉土中，实测承压水位埋深 2.6m，据DGJ08-11-1999 规范计算，基 底会产生突涌现象，需降承压水。三、北端头井施工技术1. 地下连续墙施工北端头井地下墙共 46 幅，深度为 2128m，槽段平面呈直线形、折线形、 L形、T形和 Z 形等多种形状，混凝土强度等级为水下 C30，抗渗标号 S8。地下连续墙采

6、用液压抓斗 挖槽机成槽施工工艺。(1) 成槽难点由于成槽需穿越 3灰色砂质粉土层， 土层埋深为地面下 4.2 14.3m，水平渗透系数为1.2 10-4cm/s ，垂直渗透系数为 2.6 10-4cm/s ，流砂现象相当严重，成槽过程中土 体易坍塌、不稳定。(2) 解决措施 井点降水 在连续墙成槽施工前一星期，先使用大口径井点进行预降水，将水位降至地面以下约 8m，有效固结该区段内的砂性土，从而增加槽壁的稳定性。钻孔直径为600mm，井管直径为 273mm，井点管中心距地下墙边 2m，井点管水平间距约 8m，转角处适当增加。井 管外侧空隙从孔底到地面下 4m范围回填粗砂，地面下 4m至地面用粘

7、土封堵。 双液注浆加固在施工数幅地下墙后发现， 直线形地下墙成槽质量较好， 而转角幅地下墙混凝土充盈系 数在 1.2 1.4 左右。经过反复研究讨论后，决定对所有地下墙的阴角部位土层采取双 液注浆加固措施，加固深度为地面下 7m，水灰比为 1 1，注浆量为 100L/m，孔位布置 成梅花形。井点降水管和注浆孔位布置见图 2。图2 井点降水管布置和注浆孔位布置图通过以上两种施工措施后，地下墙混凝土充盈系数基本控制在1.05 1.10 ，从而使地 下墙成槽质量得到了很好的控制。2. 盖挖顺筑法施工因翔殷路管线搬迁和交通道路翻交的需要， 故在临时封堵墙 1 南侧的 11m范围采用盖挖 顺筑法施工，即

8、先施工顶板，然后在顶板上进行管线搬迁和交通道路施工，再开挖顶板 下的土体。为此，盖挖段顶板下设计 14 根钻孔桩，用以支撑顶板及地面交通荷载。(1) 钻孔灌注桩钻孔桩长 66m，分成上下两节。下节为直径 1.2m、长 53m的钢筋混凝土桩 ( 至底板内 ) ， 上节采用 609 钢管桩( 从插入底板下 3m至顶板 ) ，钢管内浇注混凝土。2) 施工要求 由于钢管桩是作为车站的永久立柱，因而对钢管桩定位误差和垂直度控制要求非常高， 钻孔桩定位误差要求 10mm，垂直度 1/300 ；钢管桩定位误差 10mm，垂直度 1/600 ； 单桩承载力设计值为 7400kN；混凝土强度等级 C40。钻孔桩

9、平面布置见图 3。图 3 钢管桩位置及剖面图(3) 实施措施为保证钻孔桩的垂直度，施工采用 GPS-20 型钻机正循环钻进成孔。钻孔 66m深至设计 标高后放入钢筋笼，钢筋笼长度为 53m，然后开始浇注混凝土，当混凝土浇注至钢筋笼 下 3m 位置时，立刻插入 609 钢管，控制好垂直度后，再在钢管内浇注混凝土直至管 顶。为保证钢管桩垂直度控制在 1/600 内，特在施工中改用浮球观测法进行控制， 即先在钢 筋笼上找出中心点位置，然后在中心点上绑扎 1 根线绳，线绳的另一头绑上球胆，线的 长度应是系绳点至桩顶标高之间的距离；将壁厚为 5mm、高 400mm的钢护筒固定在钢筋 笼顶部内壁钢筋上，

10、作为以后千斤顶的支撑点；在钢管桩的底部预埋 4 只千斤顶，每只 千斤顶的调节杆用 1 根14 的钢筋固定并连接到地面，地面操作人员只需通过调节连 接钢筋就可以调节千斤顶的预加应力，从而控制钢管桩的垂直度。盖挖段基坑开挖后， 对钻孔桩进行了复测， 其定位误差和垂直度基本上都在设计要求的 控制范围内。3. 地基加固(1) 双液浆加固为防止基坑开挖过程中因地下连续墙产生过大的位移及土体回弹而影响附近地下管线 和建筑物的使用安全， 因而在基坑底采用抽条注浆加固土体， 从而减小地下连续墙的水平位移及基坑旁土体的沉降。加固深度为基坑面以下4 5m，加固后 28d 强度 Ps 1.0MPa。由于地下连续墙转

11、角处的钢支撑集中轴力较大， 故对其外侧土体从基坑底至地面范围进 行双液注浆加固。2m，(2) 搅拌桩加固 车站主体结构因盾构过站需要，其底板标高比出入口、风井及设备用房等底板低 3.此部位土层为 3 砂质粉土，土质相当差；而在北端头井东侧又有高层建筑，离基坑较 近；加上北端头井开挖面积大、基坑暴露时间长，风险很大。为保证在基坑开挖阶段周3.2m，靠近高层建筑的基坑边 6m范围内采用深层搅拌桩加围建筑物的安全和坑底的稳定， 故在主体结构与附属结构的底板高低错落处采用深层搅 拌桩加固土体，加固宽度为固，其中底板面至底板面下加固，水泥渗量为 7%。7.4m 为强加固，水泥渗量为 14%；底板面至地面

12、范围为 搅拌桩 28d 强度指标：开挖面以下 qu1.5MPa；开挖面以上qu0.8MPa。(3) 地下墙墙趾注浆加固 地基加固平面布置见图 4。图 4 地基加固平面布置图须在地下墙达一定强度后对墙趾进行加注浆的浆液为粉煤灰、膨润土、水泥为防止地下连续墙在基坑开挖时产生过量沉降， 固。用地下墙施工时预埋的注浆管进行注浆加固， 和水玻璃组成的双液浆，注浆量为 1.5m3/m。因现场周围建筑物和地下管线相当4. 井点降水 井点降水包括基坑内潜水降水和承压水降水两种，多，在降水过程中， 地下水位的下降会导致降水漏斗范围内地表沉降，因此降水范围和 程度需要合理控制。(1) 基坑内降潜水通过降低基坑内潜

13、水， 可以及时疏干开挖范围内土层中的游离水， 使土体得以压缩固结， 提高土体的水平抗力，防止开挖面的土体隆起。车站范围内已有搅拌桩加固和双液注浆抽条加固， 故布置降水井时应考虑避开地基加固位置，合理布置井点，确保降水效果达到最好。本工程单井有效抽水面积取200m2（经验值为 160 220m2），井管直径为 273mm，钻孔直径为 600mm，井管深达 19m；为保证抽 水效果，滤管分为 2 节，第 1 节长 8m，第 2 节长 4m，井管壁钻有 16 个孔，孔径为 30mm。（2） 降承压水场地内承压水主要来自层砂质粉土中的地下水，层土顶埋深为 29.6 31.4m，为第一承压含水层。由于实

14、测 承压水位在地面下 2.6m，据DGJ08-11-1999 规范计算，基底会产生突涌现象，若要 保证基坑安全，承压水水头高度不得小于 6m，因此在基坑内布置了 4 口降水井，在基 坑外布置了 1 口观测井。降水井直径为 273mm，钻孔直径为 600mm，井管深达 41m，水 泵抽水能力为 6m3/h，其中滤管布置在地面下 -31 -39m范围。为避免地下水下降太快 而影响地面沉降，北一段基坑开挖至地面下 8m时开始抽承压水，这样既保证施工时基 坑底板的稳定，又避免了抽水时间过早而造成降水漏斗过大，导致地表大范围沉降， 影 响周边建筑物安全。 在降低基坑内承压水头的过程中， 当观测井中的承压

15、水头降至设计 要求（地面下 7m左右） 时，应及时调整抽水量，防水因过分降水而引起地面沉降，待底 板混凝土达到设计强度后可停止抽降承压水，并做好封井准备工作。 地下潜水和承压水降水井点布置及滤管构造见图 5。图5 降水井点布置及滤管构造图5. 北一段基坑开挖与支撑（1） 钢支撑 四通接头北一段平面尺寸为 44.5m 37.5m，中间开挖深度为 14.2m，两侧风井及设备用房开挖深 度为 11m。因受工期限制，无法采用钢筋混凝土支撑，只能使用 609 钢支撑。而在这 样大的基坑中，单根钢支撑长度将达到 44.5m，因而很难保证钢支撑的稳定性，若基坑 内采用双向支撑，这又使上下道支撑之间的净高变得

16、很小，给开挖施工带来困难。经过 专家、设计院和公司总工多次讨论后， 决定采用钢支撑双榀，且双向支撑均布在同一标 高，钢支撑 ?quot; 字 型，钢支撑相互连接采用四通接头 （见图 6） 。根据开挖流程和 安装的便捷，南北方向钢支撑贯通连接，东西方向的钢支撑与四通接头、四通接头相互 之间连接均采用螺栓固定。图 6 钢支撑与四通接头连接示意图 钢围檩 为加强地下墙的整体稳定性， 在钢支撑端部地下墙上设置双榀 H型钢 （ 规格 700400 4030）作为钢围檩，钢支撑撑在双榀 H 型钢上，这样既可以使地下墙形成整体，又可 以放大钢支撑水平之间的间距，给挖土施工带来很大方便。 钢支撑轴力设计 钢支

17、撑设计轴力第 1道为 582kN，第 2道为 2281kN，第 3道为 2630kN，第 4道为 2545kN。施工时，除第 1 道施加设计轴力的 50%外，其余均施加设计轴力的 70%。 支撑布置见图 7。图 7 钢支撑布置图（2） 基坑开挖由于基坑内支撑呈 字 布置，上下道钢支撑间距约 3m，因此，挖土施工时无法采用 传统的分段分层开挖方式，而是采用中间向四周扩散的盆式开挖方式。支撑设置 基坑开挖至第 1 道钢支撑设计标高下 1m，凿平地下墙上凸出的混凝土，在四侧拐角上 按设计图施工钢筋混凝土角撑， 在直撑段安装双榀 70 H型钢。先设置好东西向钢支撑，并在两端同时施加预应力， 然后在支撑

18、十字交叉位置放置好四通接头， 再把南北向支撑 与四通接头用螺栓固定， 并在两端同时施加预应力， 最后在格构柱之间用工字钢支护钢 支撑。依次施工第 2道和第 3道钢支撑，当第 3道钢支撑安装后，开挖至风井设计底板标高 （约 -7.3m） ，施工并浇注两侧风井底板混凝土，待混凝土强度达到设计强度70%后再开挖中间落深部位 （ 高差约 3.2m）土层，此时可采用分段分层开挖方式，边挖边撑，钢支撑撑 在两侧已施工完成的混凝土底板上。注浆堵漏 开挖过程中对地下连续墙上有渗漏水的地方随时进行注浆堵漏， 直至无渗漏水出现 复加支撑轴力基坑施工过程中，支撑不可避免的会产生预应力损失。支撑轴力的损失与开挖进程、

19、围护结构位移、地面沉降变形、温度变化、施工过程中的震动等有 关。支撑预应力损失必然会引起围护结构的位移，所以，及时、有效地复加支撑轴力， 对控制地下墙位移是一项非常关键而有效的措施。 施工中通过预放在钢支撑端部的轴力计监测钢支撑轴力变化情况， 当轴力计显示支撑轴 力损失 10%时，应对支撑进行轴力复加。6. 北二段开挖及支撑北二段有一段顶板 （约 11m范围） ，由于管线搬迁和 交通组织需要，将采用盖挖法施工， 即先施工顶板， 顶板完成后在其上铺设管线和施工沥青混凝土道路， 然后再在顶板下挖 土，施工底板和内衬。盖挖段开挖深度为 5m，此深度土层为 3灰色砂质粉土， 流砂现象特别严重， 又紧邻

20、翔 殷路，地面下有大量管线。而地下墙围护只有东、西、北 3 侧，为确保安全，在开挖段 南侧打设 1排40钢板桩作围护， 钢板桩长 12m，水平向设 56H型钢作为围檩，用 609 钢支撑撑住，但不加预应力。钢板桩施工完成后，先开挖至第 1 道钢支撑标高下 1m，安装双向钢支撑，然后开挖至 顶板设计底标高下，浇注 200mm厚素混凝土，再施工顶板。待顶板混凝土强度达到设计 强度后拆除支撑，进行防水涂料施工，最后回填土、铺设管线和施工沥青混凝土道路。支撑布置见图 8。图 8 钢板桩围护及支撑平面布置图7. 结构施工基坑开挖至设计标高后，浇筑底板素混凝土 C30 厚 300mm，兼作底撑。北端头井两

21、侧风 井结构底板比中间段盾构过站结构底板标高高出约3.1m，因此先施工两侧风井结构底板，然后再施工中间段盾构过站结构底板。一方面由于管线搬迁、 道路翻交，要求顶板施工尽快完成；另一方面为了减少围护结构 的后期变形，所以内衬墙采用了后浇法，即在顶板混凝土浇注并达到强度后，再施工内 衬墙。为便于以后内衬墙的混凝土浇筑，顶板和内衬墙上部1m范围内的混凝土一起浇筑，内衬墙下端作成 45的内斜口 （见图 9） ，以方便以后混凝土浇注。图 9 内衬墙施工示意图四、施工监测 为保证施工期间基坑开挖的稳定性及周边道路、 地下管线和建筑物的正常使用， 实现信 息化施工，在地下墙、建筑物、道路和管线等部位设置了沉降及位移观测点 ( 见图 10)。图 10 测点布置图监测周期从基坑开挖开始到结构顶板完成，监测频率视施工工况，每天12 次，基坑变形控制保护等级为二级。监测结果见表 2、表 3。由于基坑